Wie hielten drei 1,2-Meter-Kugeln und ein Xe+-Plasmakontaktor das Shuttle „auf dem Boden“? Wie sahen sie aus?

Eine hervorragende Zusammenfassung der Mission finden Sie hier: https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/a/atlas

SEPAC beinhaltet das Zünden eines 1,6 Å 7,5 kV Elektronenstrahlbeschleunigers aus der Shuttle-Bucht, um eine Vielzahl von Phänomenen im Zusammenhang mit dem Laden und der Ladungsneutralisierung von Fahrzeugen, atmosphärischen Wechselwirkungen und dem Betrieb virtueller Antennen zu untersuchen. Das Plasma-Kontaktor-Neutralisationssystem besteht aus einer Xenon-Plasmaquelle mit 25 cm Durchmesser, einer neutralen Gasquelle, einer Xenon-Speicher- und Steuereinheit sowie einer Stromversorgung. Die Flugplasmaquelle erzeugt 1,5 Å Xenonionenstrom mit einer Eingangsleistung von etwa 210 W und einem Xenongasfluss von etwa 2,2 Standardliter/h. Die neutrale Gasquelle ist so bemessen, dass sie freigesetzt werden kann$10^{23}$Atome von Xenon in 100-ms-Pulsen.

Weitere Details hier: https://www.americaspace.com/2012/11/04/a-meeting-of-minds-the-earth-centred-voyage-of-sts-45/

Besonders sichtbar auf den ATLAS-1-Paletten waren die schwarzen Kugeln der Weltraumexperimente mit Teilchenbeschleunigern (SEPAC), die vom japanischen Institut für Weltraum- und Astronautikwissenschaften mit Sitz in Tokio entworfen wurden. Es bestand aus einer „Elektronenkanone“, um die Dynamik geladener Teilchen in der Ionosphäre zu untersuchen, und wurde während der Mission dazu verwendet, einen Xenon-Plasmastrom auszusenden, um das elektrische Potential des Shuttles auf das Plasmapotential der oberen Atmosphäre zu „klemmen“. Teil der Bemühungen um ein klareres Verständnis der Polarlichter, der Natur der magnetischen und elektrischen Felder des Planeten und der Auswirkungen auf den Orbiter selbst.

Die Details der Neutralisierung konnte ich schließlich hier aufspüren: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.1978-661 . Ich habe keinen Zugriff auf das vollständige Papier, aber die erste Seite enthält die wichtigsten Informationen:

Wenn ein Elektronenstrahl von der EBA in die Ionosphäre eingeschossen wird, baut sich eine positive Ladung auf dem Shuttle auf, mit dem die EBA geerdet ist. Die Kapazität des Space Shuttles beträgt einige Hundert Picofarad. Angenommen, eine elektrische Ladung von 1 C (1 A x 1 s) wird vom Shuttle nach unendlich entfernt, ein positives Potential von$10^9$V erscheint auf dem Space Shuttle. Wenn die anfängliche Strahlenergie nicht hoch genug ist, wird der Elektronenstrahl innerhalb einer viel kürzeren Zeit als 1 s zum Raumfahrzeug zurückgezogen. Um einen stetigen Strahlausstoß aufrechtzuerhalten, muss der Rückstrom aus dem Umgebungsplasma geliefert werden. Da die Höhe des Rückstroms von der turbulenten Plasmaleitfähigkeit abhängt, ist die Ladungsneutralisierung ein wichtiges Problem der Plasmaphysik und gleichzeitig eines der Hauptziele von SEPAC. Ein ähnliches Aufladungsproblem ist bei Satelliten aufgetreten, und Lichtbogenphänomene wurden untersucht. Weitere Studien sind mit dem im Januar 1979 gestarteten SCATHA-Satelliten (Spacecraft Charging at High Altitude) im Gange. Obwohl die Polarität der Satellitenladung der des Strahlausstoßexperiments entgegengesetzt ist, teilen sie die zugrunde liegende Physik. Die allgemeinen Richtlinien für die Einrichtung einer Ladungsneutralisation sind: 1) der Emissionsstrom wird durch den Rückstrom ausgeglichen, und es wird keine Ladungsakkumulation gefördert; 2) die Potentialverteilung des Raumfahrzeugs und seiner Umgebung ist gleichmäßig ohne starkes elektrisches Feld; und 3) das Potential des Weltraumfahrzeugs in Bezug auf das des Weltraumplasmas ausreichend niedrig ist. Die zweite Bedingung ist notwendig, um eine Oberflächenlichtbogenbildung und ein Sputtern zu verhindern. Die dritte ist die Bedingung für das Ausbleiben des Bombardements der über große Entfernung beschleunigten Teilchen. und 3) das Potential des Weltraumfahrzeugs in Bezug auf das des Weltraumplasmas ausreichend niedrig ist. Die zweite Bedingung ist notwendig, um eine Oberflächenlichtbogenbildung und ein Sputtern zu verhindern. Die dritte ist die Bedingung für das Ausbleiben des Bombardements der über große Entfernung beschleunigten Teilchen. und 3) das Potential des Weltraumfahrzeugs in Bezug auf das des Weltraumplasmas ausreichend niedrig ist. Die zweite Bedingung ist notwendig, um eine Oberflächenlichtbogenbildung und ein Sputtern zu verhindern. Die dritte ist die Bedingung für das Ausbleiben des Bombardements der über große Entfernung beschleunigten Teilchen.

Schließlich hat dieses Papier: Elektronenstrahlexperiment im Weltraum Folgendes zu sagen:

Die Fahrzeugladung wurde unter Verwendung einer schwimmenden Sonde und eines Faraday-Bechers gemessen. Im Allgemeinen steigt das Fahrzeugpotential, wenn der Strahlstrom wie natürlich erwartet erhöht wird. Die Aufladung hängt stark von der Shuttle-Konfiguration in Bezug auf das Umgebungsplasma ab. Wenn das Shuttle im Nachlauf ist, d. h. die Motorglocke, die die größte leitende Fläche haben sollte, im Nachlauf ist, steigt das Shuttle-Potenzial vollständig auf die Strahlenergie für den Strahlstrom über 100 mA (Abb. 2). . Aufgrund des Aufladeeffekts wird die Oberfläche des Shuttles stark von Elektronen beleuchtet, die durch das Aufladepotential beschleunigt werden (Abb. 3). Andererseits ist es ganz natürlich, dass, wenn die Motorglocke nicht im Kielwasser ist, keine starken Aufladephänomene beobachtet werden. Um die Neutralisierung der Aufladung durch einen Plasmaausstoß zu untersuchen, MPD-Lichtbogenstrahlplasma wurde während des Elektronenstrahlfeuerns erzeugt. Wie in Fig. 4 gezeigt, fiel das Signal der schwebenden Sonde auf Null, als das MPD-Lichtbogenstrahlplasma gezündet wurde. Es dauerte nicht lange, weil das Plasma im Impuls ausgestoßen wurde und sich sehr schnell um das Shuttle ausbreitete, aber es zeigt, dass das MPD-Arcjet-Plasma wirklich als Ladungsneutralisator für die Strahlemission wirkt.

Es scheint auch so zu sein wie dieses Papier: Das Aufladen von Fahrzeugen, das im SEPAC Spacelab-1-Experiment beobachtet wurde , könnte nützlich sein, aber auch hier habe ich keinen Zugriff.

Fotos:

• STS-45-Ansicht der Nutzlastbucht mit dieser Beschreibung (Hervorhebung von mir):

Die Konfiguration der STS-45-Nutzlastbucht (PLB) an Bord von Atlantis, Orbiter Vehicle (OV) 104, umfasst die Instrumente Shuttle Solar Backscatter Ultraviolet 4 (SSBUV-4) und Atmospheric Laboratory for Applications and Science 1 (ATLAS-1). Die SSBUV-Flucht-Spezialkanister (GAS) sind auf einem GAS-Adapterbalken auf dem PLB-Schwellenlängsträger an Steuerbord montiert. Im Vordergrund der SSBUV-Stützbehälter, daneben der SSBUV-Instrumentenbehälter mit motorisierter Türmontage (MDE). Die ATLAS-1-Ausrüstung umfasst das Iglu (Mitte - verziert mit mehreren Insignien) und die Kugeln für Weltraumexperimente mit Teilchenbeschleunigern (SEPAC)., und zusätzliche Instrumente, die auf drucklosen Spacelab-Paletten montiert sind. Im Hintergrund sind die Kapseln des orbitalen Manövriersystems (OMS) und der Seitenleitwerk vor der wolkenbedeckten Erdoberfläche hervorgehoben.

• Diagramm der ATLAS-1-Instrumente :

--BEARBEITEN--

Fügen Sie einfach das großartige Bild hinzu, das von Organic Marble gefunden wurde :

Wie sahen sie aus?

Wenig überraschend, wie schwarze Kugeln!

Ergänzend bin ich gerade in Popular Science auf das folgende Bild gestoßen, das Wissenschaftler sehr ernsten Teleskopen mit den albernsten Namen gegeben haben. Das Bild zeigt im Vordergrund:

FAUST

Bereits 1992 flog das FAr-Ultraviolet Space Telescope als eines der Experimente auf dem ATLAS-1 Spacelab auf dem Atlantis Space Shuttle der NASA. Seine Aufgabe war es, Weitfeldbilder im fernen Ultraviolettlicht aufzunehmen. FAUST gewann einen Platz auf dieser Liste gegenüber der neueren FUSE-Mission (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), die 2007 endete, denn mit welcher Mission würden Sie lieber durch den Weltraum reisen – mit einem Stück Schnur oder einem Gelehrten, der keine Angst vor dem Handeln hat mit dem teufel?

Aber im Hintergrund dieses großen Bildes sind die drei Sphären zu sehen.